METISSE: Μια νέα μέθοδος πρόβλεψης της εξέλιξης των μεγάλων αστεριών.

Ως μεγάλα αστέρια χαρακτηρίζονται εκείνα που έχουν μάζα πάνω από 10 φορές τη μάζα του ήλιου και σχηματίζονται λιγότερο συχνά από τα αντίστοιχα αστέρια χαμηλής μάζας. Ωστόσο, συμβάλλουν πολύ περισσότερο στην εξέλιξη των άλλων αστεριών και των γαλαξιών. Τα μεγάλα αστέρια είναι οι πρόδρομοι πολλών σημαντικών φαινομένων στο σύμπαν, συμπεριλαμβανομένου του εμπλουτισμού με υλικό του περιβάλλοντός τους με εκρήξεις σουπερνόβα και της αλλαγής της δυναμικής των συστημάτων που ανήκουν.

Το καλύτερο εργαλείο για τη μελέτη τεράστιων αστεριών είναι οι λεπτομερείς αστρικοί κώδικες εξέλιξης: προγράμματα υπολογιστών που υπολογίζουν τόσο την εσωτερική δομή όσο και την εξέλιξη αυτών των αστεριών. Δυστυχώς, οι λεπτομερείς κωδικοί είναι υπολογιστικά ακριβοί και χρονοβόροι - μπορεί να χρειαστούν αρκετές ώρες για να υπολογιστεί η εξέλιξη ενός μόνο αστεριού. Για αυτόν τον λόγο, δεν είναι πρακτικό να χρησιμοποιηθούν αυτοί οι κώδικες για τη μοντελοποίηση αστεριών ειδικά σε πολύπλοκα συστήματα, όπως σφαιρικά σμήνη αστεριών, τα οποία μπορούν να περιέχουν εκατομμύρια αλληλεπιδρώντα άστρα.

Για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής το ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) ανέπτυξε έναν αστρικό κώδικα εξέλιξης που ονομάζεται METhod of Interpolation for Single Star Evolution (METISSE). Ο κώδικας αυτός είναι μια μέθοδος για την εκτίμηση μιας ποσότητας βάσει κοντινών τιμών, όπως η εκτίμηση του μεγέθους ενός αστεριού με βάση τα μεγέθη των αστεριών με παρόμοιες μάζες. Μέσω παρεμβολής, το METISSE υπολογίζει γρήγορα τις ιδιότητες ενός αστεριού ανά πάσα στιγμή χρησιμοποιώντας επιλεγμένα αστρικά μοντέλα που παράγονται από τους λεπτομερείς αστρικούς κωδικούς εξέλιξης.

Το METISSE μπορεί να προσομοιώσει την εξέλιξη 10.000 αστεριών σε λιγότερο από τρία λεπτά. Τα μεγάλα αστέρια είναι σπάνια και η περίπλοκη και σύντομη ζωή τους καθιστούν δύσκολο τον υπολογισμό των ιδιοτήτων τους, καθώς δεν είναι εύκολο να παρατηρηθούν σε όλες τις φάσεις τους. Κατά συνέπεια, οι λεπτομερείς αστρικοί κώδικες εξέλιξης συχνά πρέπει να κάνουν υποθέσεις ενώ υπολογίζουν την εξέλιξη αυτών των αστεριών. Οι διαφορές στις υποθέσεις που χρησιμοποιούνται από διαφορετικούς αστρικούς κώδικες εξέλιξης μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τις προβλέψεις για την ζωή και τις ιδιότητες των μεγάλων αστεριών.

Στην πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη τους, οι ερευνητές του OzGrav χρησιμοποίησαν το METISSE με δύο σύνολα αστικών μοντέλων τελευταίας τεχνολογίας: το ένα υπολογίστηκε από τα Modules for Experiments in Stellar Astrophysics (MESA) και το άλλο από τον Bonn Evolutionary Code (BEC).

Ο Poojan Agrawal, ερευνητής του OzGrav και ο βασικός συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί: «Παρεμβάλλαμε αστέρια που ήταν μεταξύ 9 και 100 φορές τη μάζα του ήλιου και συγκρίναμε τις προβλέψεις για τις τελικές μοίρες αυτών των αστεριών. Για τα πιο μεγάλα αστέρια στο σύνολο μας, διαπιστώσαμε ότι οι μάζες των αστρικών υπολειμμάτων (αστέρια νετρονίων ή μαύρες τρύπες) μπορούν να είναι έως και 20 φορές η μάζα του ήλιου μας».

Όταν τα αστρικά υπολείμματα συγχωνεύονται, δημιουργούν βαρυτικά κύματα - κυματισμοί στο χώρο και στο χρόνο - που οι επιστήμονες μπορούν να ανιχνεύσουν. Επομένως, τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης θα έχουν τεράστιο αντίκτυπο στις μελλοντικές προβλέψεις στην αστρονομία βαρυτικών κυμάτων.

Ο Agrawal προσθέτει: «Το METISSE είναι μόνο το πρώτο βήμα για την αποκάλυψη του ρόλου που διαδραματίζουν τα τεράστια αστέρια σε αστρικά συστήματα όπως συστάδες αστεριών και ήδη, τα αποτελέσματα είναι πολύ συναρπαστικά».

ΠΗΓΗ: https://phys.org/news/2020-09-metisse-insights-massive-stars.html

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΑ: Credits: Stefans02. (CC BY 2.0).

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ: Η δημιουργία νέωνάστρων, αναζωογονεί παλιούς, αδρανείς γαλαξίες - νάνους.